אלקטרודת הממברנה (מכלול אלקטרודות ממברנה, MEA) היא מרכיב הליבה של תא הדלק של ממברנת החלפת פרוטונים. הוא עשוי משלושה חלקים: קרום חילופי פרוטונים (PEM), שכבת זרז (CL) ושכבת דיפוזיה של גז (GDL).
מבנה ה-MEA
מה תפקידה של שכבת דיפוזיית הגז ב-MEA?
מנחה אוויר ופונקציית ניקוז
באלקטרודת הממברנה PEMFC, שכבת דיפוזיית הגז ממלאת בעיקר את התפקיד של הובלת גז ולחות, ואחראית על הובלת המימן והחמצן בצלחת הדו-קוטבית אל השכבה הקטליטית, ומספקת מספיק גז כדי שהשכבה הקטליטית תגיב; באותו הזמן. המים הנוצרים בתהליך מועברים לצלחת הדו-קוטבית כדי למנוע מהתוצר להצטבר בשכבה הקטליטית ולעכב את המשך התקדמות התגובה. לכן, שכבת הדיפוזיה חייבת להיות חומר נקבובי עם חדירות אוויר טובה ומאפייני ניקוז טובים.
פונקציה מוליכה ותומכת
שכבת הדיפוזיה צריכה להיות בעלת מוליכות אלקטרונית טובה, כך שהאלקטרונים הנוצרים מהשכבה הקטליטית יוכלו לעבור דרך שכבת הדיפוזיה בצורה חלקה ולעבור לצלחת הדו-קוטבית. בנוסף לפונקציות העיקריות הללו, שכבת הדיפוזיה מספקת גם חוזק תמיכה מסוים לאלקטרודת הממברנה, ושכבת הדיפוזיה היא החלק העבה ביותר באלקטרודת הממברנה, בדרך כלל גדולה מ-100 מיקרומטר.
שכבת דיפוזיית הגז עשויה בעיקר מלבד מסונט מתכת (לבד טיטניום או לבד ניקל) כחומר הגלם, עם נקבוביות של 60 אחוז עד 80 אחוז. לאחר טיפול הידרופובי נוצרות תעלות הידרופיליות ותעלות הידרופוביות. התעלות ההידרופיליות יכולות להמיר את שכבת הזרז המים בצלחת הדו-קוטבית מונחים לתוך הצלחת הדו-קוטבית, בעוד שהתעלות ההידרופוביות מספקות נתיבי הובלה לפיזור גז.
לבד ניקל מחוטא
לבד טיטניום מחוטא
